基于MSC.Patran風(fēng)電機(jī)組主軸的有限元分析

摘 要：風(fēng)電機(jī)組主軸承載著極其重要的載荷，為驗(yàn)證主軸自身結(jié)構(gòu)的合理性，以有限元分析軟件MSC.Patran作為分析平臺(tái)對(duì)其進(jìn)行強(qiáng)度分析。分析結(jié)果表明：在各極限載荷工況下，主軸的最大應(yīng)力值均小于材料的許用應(yīng)力，滿足材料的強(qiáng)度要求，能夠達(dá)到最初的設(shè)計(jì)要求。

關(guān)鍵詞：風(fēng)電機(jī)組 主軸 有限元分析

中圖分類號(hào)：TM315 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2013）04（b）-0103-02

風(fēng)電機(jī)組使用環(huán)境條件差，零部件所受的載荷變化多變，使得風(fēng)電機(jī)及其零部件的使用壽命減少。尤其是風(fēng)電機(jī)組的主軸，除自身重力外，還受風(fēng)輪通過(guò)輪轂傳導(dǎo)過(guò)來(lái)的主扭矩及軸向推力，一旦發(fā)生失效，整個(gè)風(fēng)機(jī)將不能工作，因此需對(duì)主軸進(jìn)行極限強(qiáng)度校核。采用經(jīng)典力學(xué)方法很難直觀地分析其受力狀況，本文采用有限元方法對(duì)遼河石油裝備制造總公司1.5 MW風(fēng)電機(jī)組主軸分析。

3 約束與載荷

根據(jù)主軸安裝過(guò)程中的特點(diǎn)，通過(guò)輪轂幾何中心點(diǎn)建立錐形MPC將極限載荷施加在主控點(diǎn)，通過(guò)MPC剛性梁?jiǎn)卧饔玫捷嗇灱袤w上最后傳遞到主軸上，軸承內(nèi)圈作為假體，內(nèi)圈外環(huán)面上的節(jié)點(diǎn)與內(nèi)圈中心節(jié)點(diǎn)用MPC剛性梁?jiǎn)卧B接，在軸承中心點(diǎn)施加UX、UY和UZ位移約束，其目是要體現(xiàn)主軸與主軸承、脹緊套之間的裝配關(guān)系[4]。

4 主軸的有限元分析

根據(jù)所建立的有限元分析模型，并利用MSC.Patran作為分析平臺(tái)對(duì)主軸進(jìn)行極限強(qiáng)度分析，得出主軸在極限載荷狀態(tài)下的位移值和應(yīng)力值，部分工況主軸的有限元分析云圖如圖2、3所示。

風(fēng)機(jī)主軸的材料是34CrNiMo6，材料安全系數(shù)取γm=1.2，屈服極限=745 MPa，其許用應(yīng)力[]=/γm，從而得：[]=745/1.2=620.8 MPa，故主軸最大應(yīng)力=526 MPa<[]，主軸最大應(yīng)力沒有超過(guò)材料的許用應(yīng)力，滿足強(qiáng)度要求，故此工況下具有足夠的強(qiáng)度。

5 結(jié)論

本文對(duì)風(fēng)電機(jī)組中重要的主軸進(jìn)行強(qiáng)度分析和校核，得出應(yīng)力分布規(guī)律和應(yīng)變分布云圖，最終安全余量約為1.2，通過(guò)此分析提高了本機(jī)型主軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的可靠性，也為其他機(jī)型同類產(chǎn)品的設(shè)計(jì)提供了一定的參考依據(jù)。

參考文獻(xiàn)

[1] 夏盛來(lái)，何景武.基于工程應(yīng)用的有限元網(wǎng)格劃分研究[J].飛機(jī)設(shè)計(jì)，2008，28（4）：10-13.

[2] 杜平安.有限元網(wǎng)格劃分的基本原則[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與制造，2000（1）：34-36.

[3] 馬愛軍，周傳月，王旭.Patran和Nastran有限元分析專業(yè)教程[M].北京：清華大學(xué)出版社，2005，1.

[4] 孫傳宗，姚興佳，單光坤，等.MW級(jí)風(fēng)力發(fā)電機(jī)輪轂強(qiáng)度分析[J].沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2008，30（1）：46-49.